專利名稱：一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光柵制作技術(shù)領(lǐng)域，具體講就是涉及一種以傅里葉合成曝光為基礎(chǔ)制作中階梯光柵的方法。
背景技術(shù)：
中階梯光柵是一種特殊的衍射光柵，它以較高的衍射級次和較大的衍射角工作， 具有高色散、高分辨率、全波長閃耀的特性，經(jīng)光柵或棱鏡對級次重疊的中階梯光柵光譜進行二次色散后可形成二維面陣光譜，適于面陣檢測器接收。與常規(guī)光譜儀相比，它具有檢出限低、波段寬、無移動部件、結(jié)構(gòu)緊湊、無需多次掃描曝光便可實現(xiàn)多元素光譜的瞬態(tài)測量特點，有利于實現(xiàn)光譜儀器的高度智能化和自動化，代表了先進光譜技術(shù)的發(fā)展趨勢。
中階梯光柵母版的制作一直是以機械刻劃工藝為主，再通過中階梯光柵的特殊復(fù)制技術(shù)來達成產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。然而中階梯光柵的刻劃對環(huán)境要求非?？量?，需要極其嚴格的恒溫和防振，同時，機械刻劃法需要很長的刻劃時間，通常需要幾天幾夜的時間，耗費了大量勞動時間和生產(chǎn)成本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)難題是提供中階梯光柵的制作方法，能更加快捷、成本更低的實現(xiàn)中階梯光柵制作。
技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明設(shè)計一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于，它包括以下幾個步驟
(1)根據(jù)所需制備的中階梯光柵槽形特征參數(shù)要求，寫成槽形周期函數(shù)形式，并寫出其傅里葉級數(shù)，即無限項正弦函數(shù)之和，根據(jù)實際槽形的精度要求，確定近似項的項數(shù)， 其中一項為常數(shù)項，與其它項合并為正弦函數(shù)項，再將中階梯光柵槽形近似為正弦干涉條紋的疊加；
(2)根據(jù)步驟(1)中干涉條紋的周期計算出光的入射光與反射光的角度；
(3)根據(jù)步驟(1)中干涉條紋的振幅以及光刻膠的感光特性計算干涉條紋的曝光強度，即曝光光強和曝光時間的乘積，對于不同特性的光刻膠使用不同的曝光強度；
(4)根據(jù)步驟(1)干涉條紋的位相關(guān)系計算光路中所使用的反射鏡的膜厚，精確控制干涉條紋的位相關(guān)系，以滿足精確的槽形合成；
(5)將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，光路中的光依次曝光后，顯影處理，再在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備。
進一步，所述步驟(1)將中階梯槽形函數(shù)通過傅里葉級數(shù)展開的方法分解成無數(shù)個不同周期、不同振幅、不同位相的正弦函數(shù)的疊加，將其合成近似成中階梯光柵槽形，即包括基波和諧波項。
進一步，所述步驟( (3) (4)中對干涉條紋周期、振幅、位相的控制，具體方式為
1)通過控制每束光的光強或者曝光時間來控制各個干涉條紋的振幅；
2)通過精確控制每束光的入射光與反射光的夾角來控制干涉條紋的周期；
3)通過精確控制反射鏡不同區(qū)域膜層厚度來控制各個干涉條紋之間的位相關(guān)系。
進一步，所述步驟( 使用的光依次曝光，最后一次曝光后進行顯影。
進一步，所述顯影完成后再鍍金屬反射膜。
有益效果
本方法較制備中階梯光柵工藝容易實現(xiàn)，能夠有效降低成本，減少制作時間，提高中階梯光柵的制備效率，本方法以傅里葉合成曝光為基礎(chǔ)制作，容易實現(xiàn)，有很強的可行性。


附圖1為合成曝光法制作中階梯光柵的光路示意圖。
附圖2為合成曝光法制作中階梯光柵光路示意圖中反射鏡6的主視圖。
附圖3為合成曝光法制作中階梯光柵光路示意圖中反射鏡6的右視圖。
附圖4為本發(fā)明合成曝光法制作的中階梯光柵產(chǎn)品示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步說明。
一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，它包括以下幾個步驟首先根據(jù)所需制備的中階梯光柵槽形特征參數(shù)要求，寫成槽形周期函數(shù)形式，并寫出其傅里葉級數(shù)，即無限項正弦函數(shù)之和。根據(jù)實際經(jīng)驗和槽形的精度要求，確定近似項的項數(shù)；以前七項近似為例，其中一項為常數(shù)項，與另外六項合并為三個正弦函數(shù)項，再將中階梯光柵槽形近似為三組正弦干涉條紋的疊加；根據(jù)干涉條紋的周期計算出三束光的入射光與反射光的角度；根據(jù)干涉條紋的振幅以及光刻膠的感光特性計算三組干涉條紋的曝光強度，即曝光光強和曝光時間的乘積。對于不同特性的光刻膠使用不同的曝光強度；根據(jù)步三組干涉條紋的位相關(guān)系計算三光路中所使用的反射鏡的膜厚，精確控制三組干涉條紋的位相關(guān)系，以滿足精確的槽形合成；
最后將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，三路光依次曝光后，顯影處理，再在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備。
其中，將中階梯槽形函數(shù)通過傅里葉級數(shù)展開的方法分解成無數(shù)個不同周期、不同振幅、不同位相的正弦函數(shù)的疊加，取其前七項合成近似的中階梯光柵槽形，即包括基波、二次諧波和三次諧波項；所述對干涉條紋周期、振幅、位相的控制，具體方式為
1)通過控制每束光的光強或者曝光時間來控制各個干涉條紋的振幅；
2)通過精確控制每束光的入射光與反射光的夾角來控制干涉條紋的周期；
3)通過精確控制反射鏡不同區(qū)域膜層厚度來控制各個干涉條紋之間的位相關(guān)系。
還可以將所述使用三束光依次曝光，第三次曝光后進行顯影，顯影完成后再鍍金屬反射膜。
如附圖所示1為上述傅里葉級數(shù)取前7項時，合成曝光法制作中階梯光柵的一種實際操作光路示意圖，該圖為實現(xiàn)合成曝光法制作中階梯光柵的光路的一種實施例，激光器1出射的光束被分束鏡2和分束鏡3以及反射鏡4分成等光強的三路光。以其中一路光為例，說明其干涉條紋的周期、位相和振幅的控制。在由準(zhǔn)直擴束透鏡組5和反射鏡6組成的光路中，光束經(jīng)過透鏡組5準(zhǔn)直擴束后，形成近似平行光束，入射到反射鏡6上。
其中反射鏡6的面型如圖2和3所示，可以劃分為A，B兩個區(qū)域，兩區(qū)域的反射膜層厚度有一個臺階。A區(qū)域的反射光經(jīng)過洛埃鏡7反射到達涂有光刻膠的光柵基底8表面， 與B區(qū)域的反射光束在光柵基底8表面產(chǎn)生干涉條紋，而A區(qū)域與B區(qū)域的膜厚差即可決定到達洛埃鏡7的入射光和反射光的光程差，從而控制該干涉條紋的位相。同樣，其它兩光路采用同樣的方式來控制干涉條紋的位相關(guān)系。
干涉條紋的振幅控制可以由曝光強度來控制，對于不同特性的光刻膠，要產(chǎn)生相同振幅的干涉條紋需要不同的曝光強度。對于特定的某種光刻膠，制作過程中既可以調(diào)整光束強度也可以調(diào)整曝光時間來控制曝光強度。當(dāng)三束光路具有相同光強時，可以通過曝光時間的長短來控制干涉條紋的振幅。例如當(dāng)采用Az4330光刻膠時，要產(chǎn)生振幅5微米的干涉條紋，曝光時間為10分鐘，而產(chǎn)生振幅2. 5微米的干涉條紋時曝光時間僅需5分鐘。因此可以根據(jù)所需的干涉條紋振幅來確定曝光時間。
干涉條紋的周期可以通過相對于洛埃鏡7的入射角度來控制；根據(jù)圖1所示的光路，調(diào)整反射鏡6的位置和角度，即可以控制光束入射到洛埃鏡7的入射角度，從而控制洛埃鏡7上入射光與反射光的夾角。
精確控制三組干涉條紋的各項參數(shù)后，將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，三束光依次曝光后，再顯影處理，然后在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備，得到如附圖4所示中階梯光柵。
本發(fā)明所要保護的技術(shù)方案不僅限于實施例所提到的技術(shù)特征，任何受本發(fā)明啟示的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明所要保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于，它包括以下幾個步驟(1)根據(jù)所需制備的中階梯光柵槽形特征參數(shù)要求，寫成槽形周期函數(shù)形式，并寫出其傅里葉級數(shù)，即無限項正弦函數(shù)之和，根據(jù)實際槽形的精度要求，確定近似項的項數(shù)，其中一項為常數(shù)項，與其它項合并為正弦函數(shù)項，再將中階梯光柵槽形近似為正弦干涉條紋的疊加；(2)根據(jù)步驟(1)中干涉條紋的周期計算出光的入射光與反射光的角度；(3)根據(jù)步驟(1)中干涉條紋的振幅以及光刻膠的感光特性計算干涉條紋的曝光強度，即曝光光強和曝光時間的乘積，對于不同特性的光刻膠使用不同的曝光強度；(4)根據(jù)步驟(1)干涉條紋的位相關(guān)系計算光路中所使用的反射鏡的膜厚，精確控制干涉條紋的位相關(guān)系，以滿足精確的槽形合成；(5)將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，光路中的光依次曝光后，顯影處理，再在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備。
2.如權(quán)利要求1所述的一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于所述步驟(1)將中階梯槽形函數(shù)通過傅里葉級數(shù)展開的方法分解成無數(shù)個不同周期、不同振幅、 不同位相的正弦函數(shù)的疊加，將其合成近似成中階梯光柵槽形，即包括基波和諧波項。
3.如權(quán)利要求1所述的一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于所述步驟( (3) (4)中對干涉條紋周期、振幅、位相的控制，具體方式為1)通過控制每束光的光強或者曝光時間來控制各個干涉條紋的振幅；2)通過精確控制每束光的入射光與反射光的夾角來控制干涉條紋的周期；3)通過精確控制反射鏡不同區(qū)域膜層厚度來控制各個干涉條紋之間的位相關(guān)系。
4.如權(quán)利1所述的一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于所述步驟(5) 使用的光依次曝光，最后一次曝光后進行顯影。
5.如權(quán)利4所述的一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于所述顯影完成后再鍍金屬反射膜。
全文摘要
一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，它包括以下根據(jù)所需制備的中階梯光柵槽形特征參數(shù)要求，寫成槽形周期函數(shù)形式，并寫出其傅里葉級數(shù)，即無限項正弦函數(shù)之和，根據(jù)實際槽形的精度要求，確定近似項的項數(shù)，其中一項為常數(shù)項，與其它項合并為正弦函數(shù)項，再將中階梯光柵槽形近似為正弦干涉條紋的疊加；根據(jù)干涉條紋的周期計算出光的入射光與反射光的角度、干涉條紋的曝光強度、反射鏡的膜厚，最后將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，依次曝光后，顯影處理，再在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備。本發(fā)明提供中階梯光柵的制作方法，能更加快捷、成本更低的實現(xiàn)中階梯光柵制作。
文檔編號G02B5/18GK102495443SQ20111042229
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者凌進中, 莊松林, 張大偉, 李柏承, 王 琦, 黃元申 申請人:上海理工大學(xué)